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電磁波科學成果

科技 更新时间:2024-08-11 01:10:11

電磁波是現代科技的神經。從某種意義上說,一個國家的科技越發達,對電磁波的研究和利用越廣泛和深入。

電磁波有一個很大的家族和一個寬廣的波譜。從波長最長的無線電波到波長最短的伽馬射線依次有:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、射線和射線。

電磁波的波長和頻率變化的範圍很大,其中最長的波長與最短波長的比可達倍。

電磁波科學成果(現代科技的神經)1

圖1 電磁波譜圖

電磁波是怎樣産生的?靜止的電荷隻能在其周圍産生靜電場,勻速運動的電荷(或穩定的電流)隻能在其周圍産生穩定的電場和磁場,但這些都不是電磁波。

隻有加速運動的電荷(或變化的電流)才能在其周圍産生連續變化和可以在空間傳播的電場和磁場(電磁擾動),形成電磁波

以最簡單的電磁波即簡諧電磁波(其電場和磁場都做簡諧變化的電磁波)為例,說一說電磁波的特性:

電磁波在空間傳播不需要介質,這一點與機械波不同;但是它可以在介質中傳播。

電磁波是橫波,其電場E和磁場B的方向總是垂直于電磁波的傳播方向;且電場E和磁場B也互相垂直。電磁波傳播的方向就是矢量積EB 的方向。

電磁波科學成果(現代科技的神經)2

圖2 電磁波是橫波

電磁波的電場和磁場具有相同的相變,即電場E和磁場B的幅值同時達到各自的極大值、零或極小值。

電磁波的電場和磁場的大小之比是确定的:EBC,這個比值就是光速。

光是一種電磁波,它在真空中傳播的速度 C;電磁波在真空中傳播的傳播速度都等于光速(分别是真空中的介電常數和磁導率)。

電磁波在介質中的傳播速度都小于其在真空中的速度:(分别是介質的介電常數和磁導率)。

和光具有波粒二象性一樣,電磁波也具有波粒二象性。與可見光相比,其波長越長(或頻率越低),其波動性越明顯而粒子性越弱;反之其波長越短(或頻率越高),其波動性越弱而粒子性越強。

電磁波攜有能量,其能量用能流密度(坡印亭矢量)來衡量: SEB,坡印亭矢量的方向與電磁波的傳播方向相同。

電磁波的強度:。(式中是電場的振幅)

電磁波具有動量,其大小用動量密度來衡量:。

電磁波的輻射壓強:(當電磁波全部被吸收);

(當電磁波全部被反射)。

如果電磁波沿軸傳播,其在y軸的電場 E(x,t)=j;其在z軸的磁場

B(x,t)=k。

式中分别是電場和磁場的振幅,分别是波數和角頻率,jk分别是y軸和z軸上的單位矢量。

電磁波在真空中的波動方程:電磁波沿着直角坐标系的軸傳播,電場E和磁場B的振蕩方向分别平行于y軸和z軸

電場的波動方程:,

磁場的波動方程:。

電磁波科學成果(現代科技的神經)3

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